专利名称：用于涂布片材的组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于涂布片材的组合物、以及这种组合物的处理方法和应用。本发明特别涉及供涂布诸如纸、纸板、纸贴面厚板、布纹纸、薄纸板等纤维素纤维片材用的含水组合物的浓集和应用。
众所周知涂布上述片材的含水涂布组合物，并且其已得到了广泛的应用，它一般包含浓集的颜料水悬浮体，通常为白色颜料，例如含水或煅烧高岭粘土、碳酸钙、硫酸钙、二氧化钛、缎光白、硫酸钡等、或者这些物质的任何两种或多种的混合物；使颜料附着于片材上的粘合剂或粘结剂；通常有颜料分散剂；以及其他可能的添加剂。涂布组合物可以，例如，借助各种类型的涂布设备施加到以较高速度运动着的片材卷材上。
在操作中损失了较大比例的为涂布操作而制备的涂布组合物，因为实际上并未将它们施加到片材表面上。一些涂布组合物因洒落或溅落在机械上或其周围而损失。当片材在涂布机上破裂时会产生另一些损失，还有剩余的涂布组合物不可避免地留在制备和贮存其的容器的壁上，以及将其分配到涂布机的管上。从地面或涂布设备的零件上除去剩余的涂布组合物，要使用大量的水冲洗。结果，得到了含涂布组合物成分的稀释的水悬浮体或溶液，可以将其以填充材料的形式混合到成形纤维素片材所使用的组合物中，而用于较低值的用途；或者，换一种方式，将其排入污水管中。排到污水管中的废片材涂布组合物材料，在废水处理装置中，造成了难以解决的问题；另外，为保证从装置排出的废水达到环保可接受的标准，其还增了处理的难度和成本。
在1991年涂布会议的TAPPI论文集，第251～256页中，DouglasL.Woerner和John L.Short以“涂布废料的回收”为题叙述了废涂布组合物稀释悬浮体的再浓集步骤和再浓集组合物在纸张涂布操作中的再使用步骤。通过将涂布组合物稀释至固体含量为10％(重量)，模拟废涂布组合物，然后，使用膜滤组件通过超滤作用将悬浮体再浓集到60％(重量)。可再应用的涂布组合物能够按这种已知方法制备，但是该工艺具有从涂布组合物中损失了涂布组合物的可溶性组分的缺点，诸如分散剂、某些类型的淀粉粘合剂、胶乳粘合剂的稳定组分和光增辉剂的可溶性组分随着过量水通过了过滤介质。
另一种回收包含洒落涂布组合物的材料的已知方法包括使包含该材料的稀释悬浮体有选择地絮凝。这种方法也引起组合物的有价值的成分的损失。它还引入了化学絮凝剂，这在随后的使用回收组合物的加工工序中是不希望的。另一个缺点是，该方法不能广泛适用于涂布组合物中的各种颜料。主要含有高岭土的悬浮体可以采用这种方法进行处理。然而，该方法对主要含有碳酸钙的悬浮体没有足够的效果。
所以，本发明涉及涂布组合物的浓集，在某种意义上，它能够用来提供从稀释的废涂布组合物中回收并再利用有用材料的改进方法。
本发明还涉及涂布组合物的浓集，在某种意义上，它能够用来改进涂布组合物的性能(不论是否是从废涂布材料回收的)和用该组合物涂布的片材的性能。
按照本发明，提供了一种处理和使用含水涂布组合物的方法，该方法包括下述步骤(a)浓集该组合物以便增加其固体含量和(b)使用所浓集的组合物涂布片材，其中浓集步骤(a)采用在减压下进行热蒸发来完成。
施加涂布组合物的片材可以是任何已知的采用包含涂布颜料和粘合剂和其他任选成分的水基涂布组合物进行处理的材料。这些片材可以包括工业上采用这样的组合物涂布的任何片材，如纸、纸板、布纹纸、薄纸板和其他由纤维素和/或合成纤维组合物制的产品。
希望含水涂布组合物基本不含挥发性有机溶剂。含水涂布组合物可以包含，作为无机颜料材料的，本领域已知的或应用的任何一种或多种无机颜料材料，例如，选自高岭土、煅烧高岭土、自天然或合成来源的碳酸钙、白云石、硫酸钙、云母、滑石和二氧化钛；或者含有这些材料的复合颜料，例如，如GB 2273701中所述。颜料材料可以构成组合物固体含量的10％～90％(重量)。本发明特别适于颜料材料占组合物固体含量的70％～95％的浓缩组合物，尤其是占80％～90％者。
用于涂布片材的涂布组合物随涂布的材料而变化，而所涂布的材料在全世界又随生产该材料的地方的地理位置而变化。然而，按照本发明的方法一般适用于浓集所有这些组合物。
待浓集组合物，依所涉及的组合物的类型，可以包含作为粘合剂或粘结剂的、任何一种或多种本领域已知的或应用的亲水粘合剂，例如，选自淀粉和其他多糖、蛋白质类粘合剂，以及胶乳。
按照本发明的待处理的组合物中存在的粘合剂或粘结剂的量依赖于组合物是以较稀的还是以浓集的含颜料的悬浮体施加到待处理的材料上。例如稀释的含颜料组合物(富粘结剂组合物)能够作为底层的较富颜料组合物的面涂层使用。在组合物中存在的粘合剂和粘结剂可以为1％～70％(重量)，相对于颜料的干重量(100％(重量))计，尤其是为4％～50％(重量)。当涂布组合物不以富粘结剂组合物的形式使用时，粘合剂或粘结剂可以占组合物固体含量的4％～30％，例如，8％～20％，特别是8％～15％(重量)。所使用的量总是取决于组合物，和本身可含有一种或多种成分的粘合剂的类型。例如，如下粘合剂或粘结剂成分可以以下述量使用(a)乳胶含量范围为从作为自增稠凹版胶乳用的4％(重量)至作为纸板涂层胶乳用的20％(重量)。胶乳可以包括，例如，苯乙烯丁二烯、丙烯酸系胶乳、醋酸乙烯酯胶乳，或苯乙烯丙烯酸系共聚物。
(b)淀粉和其他粘结剂含量范围为0～50％(重量)，例如对于富颜料组合物为4％(重量)～20％(重量)。淀粉可以包括得自玉米，谷类和马铃薯的物料。其他粘合剂的例子包括酪蛋白和聚乙烯醇。
在待按照本发明的方法浓集的涂布组合物中，取决于涂布类型和待涂布材料，可以包含已知的各类添加剂。这些类别的任选添加剂的实例如下(a)交联剂例如含量为0～5％(重量)，如乙二醛、蜜胺甲醛树脂、碳酸铵锆。
(b)保水剂例如含量最高2％(重量)，如羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、PVA(聚醋酸乙烯酯)、淀粉、蛋白质、聚丙烯酸酯类、树胶、藻酸盐、聚丙烯酰胺、膨润土和其他为这类应用市售的产品。
(c)粘度调节剂或增稠剂例如含量为最高2％(重量)；例如，聚丙烯酸酯类，乳液共聚物、二氰胺、三醇、聚氧乙烯醚、脲、硫酸化蓖麻油、聚乙烯吡咯烷酮、蒙脱土、CMC(羧甲基纤维素)、藻酸钠、黄原酸树胶(xanthan gum)、硅酸钠、丙烯酸共聚物、HMC(羟甲基纤维素)、HEC(羟乙基纤维素)等。
(d)润滑/压延助剂例如，含量最高为2％(重量)，如硬脂酸钙、硬脂酸铵、硬脂酸锌、蜡乳液、蜡、烷基乙烯酮二聚体、二醇类。
(e)分散剂例如，含量最高为2％(重量)，例如聚电解质如聚丙烯酸盐类(钠和铵)、六偏磷酸钠、非离子多羟基化合物、多磷酸、缩合磷酸钠、非离子表面活性剂、链烷醇胺和其他一般用于这种作用的试剂。
(f)防沫剂/消泡剂例如，含量最高为1％(重量)，例如表面活性剂的共混物，磷酸三丁酯、脂肪族聚氧乙烯醚加脂肪族醇、脂肪酸皂、硅氧烷乳液和其他含硅氧烷的组合物、在矿物油中的无机颗粒和蜡，乳化烃类的共混物和其他具有这种作用的大量销售的化合物。
(g)干或湿粘性改进添加剂(dry or wet pick improvementadditive)例如，含量最高为2％(重量)，例如三聚氰胺树脂、聚乙烯乳液、脲甲醛、三聚氰胺甲醛、聚酰胺、硬脂酸钙、苯乙烯马来酐等。
(h)干或湿摩擦改进和耐磨性添加剂，例如，含量最高为2％(重量)，例如乙二醛基树脂、氧化聚乙烯、三聚氰胺树脂、脲甲醛、三聚氰胺甲醛、聚乙烯蜡、硬脂酸钙等。
(i)亮光油墨保持添加剂，例如，含量最高为2％(重量)，例如氧化聚乙烯、聚乙烯乳液、蜡、酪蛋白、瓜耳树胶、CMC、HMC、硬脂酸钙、硬脂酸铵、藻酸钠等。
(j)光增辉剂(OBA)和荧光增白剂(FWA)例如，含量最高为1％(重量)，例如芪衍生物。
(k)染料例如，含量最高为0.5％(重量)。
(l)生物杀伤剂/变坏控制剂，例如，含量最高为1％(重量)，例如偏硼酸盐、十二烷基苯磺酸钠、硫氰酸盐、有机硫、苯甲酸钠和用于该作用的大量销售的其他化合物，如Calgon公司销售的生物杀伤剂聚合物系列。
(m)流平和均匀助剂例如，含量最高为2％(重量)，例如非离子多羟基化合物、聚乙烯乳液、脂肪酸、酯和醇衍生物、醇/环氧乙烷、CMC钠、HEC、藻酸盐、硬脂酸钙和其他具有这种作用的大量销售的化合物。
(n)耐润滑油和耐油添加剂例如含量最高为2％(重量)，例如氧化聚乙烯、胶乳、SMA(苯乙烯马来酸酐)、聚酰胺、蜡、藻酸盐、蛋白质、CMC、HMC。
(o)耐水添加剂例如，含量最高为2％(重量)、例如氧化聚乙烯、酮树脂、阴离子胶乳、聚氨酯、SMA、乙二醛、三聚氰胺树脂、脲甲醛、三聚氰胺甲醛、聚酰胺、乙二醛、硬脂酸酯和其他具有这种作用的可大量供应的材料。
(p)不溶粘料(insolubiliser)例如含量最高为2％(重量)。
对于上述所有添加剂来说，所提供的重量百分数均以组合物中存在的颜料的干重量(100％)为基础计。当添加剂以微量存在时，该量可以为颜料干重的0.01％(重量)。
按照本发明的方法中的步骤(b)可以以已知方法完成，这将取决于涂布材料、施加的涂布组合物和由操作设备决定的其他因素，例如速度和诸如使用常规涂布机的易操作性。
涂布纸和其他片材的方法已大量发表，并且为世人所知。例如，国际纸浆和纸(Pulp and Paper International),1994年5月，第18页以下等等，发表了这些方法的综述。可以在片材成形机上涂布片材，即，在涂布器或涂布机上进行机上或离机涂布。在涂布方法中，使用高固体组合物是可取的，因为这样留下的需随后蒸发的水少。然而，正如本领域众所周知的，固体含量不应过高，过高了就会产生粘度高和流平问题。
所有已知的应用于按照本发明方法的步骤(b)的涂布方法需要(ⅰ)将涂布组合物施加到待涂布材料上的设备，即涂布机；和(ⅱ)保证施加准确量的涂布组合物的设备，即计量设备。
当过量涂布组合物加到涂布机时，计量设备为其后续设备。或者换一种方式，采用诸如薄膜印刷机(film press)的计量设备可以将正确量的涂布组合物施加到涂布机中。在实施涂布和计量时，纸幅支撑是从背辊，例如，经由一台或两台涂布机，到没有任何东西(即仅仅是张力)。在过量涂料最后被除去之前涂料与纸接触的时间是停留时间，该时间可短可长或者可变。
通常，在涂布工位采用涂布头加涂料。按照所需要的质量，纸张的级别有未涂层的、单涂层、双涂层以及甚至三涂层。当进行一次以上涂布时，初始涂料(预涂料)可以为较廉价的配方。实施双涂布的涂布器，即，在纸的各侧涂布，总有两个或四个涂布头，这取决于每个头所涂布的侧面的数目。大多数涂布头每次仅涂布一侧，而一些辊式涂布器(例如薄膜印刷机、堰辊、施胶机)通过一次能涂布两面。
可以在步骤(b)中使用的已知涂布器的例子包括气刀刮涂机，刮板式涂布机、棒式涂布机、刮条涂布机、多头涂布机、辊涂机、辊/刮板式涂布机、流延涂布机、实验室涂布机、凹槽辊涂布机、吻涂机、液体涂布系统、逆向辊涂机和挤涂机。
我们已发现，一般在涂布操作中使用的组合物是不理想的。在一些情况下，在涂布机上可操作的最高固体含量并不能达到，因为不必要地稀释了生产组合物所使用的一种或几种组分，例如颜料淤浆和/或粘合剂聚合物。因为必须以较低固体含量加工或处理这些材料，所以进行这种稀释。
我们意想不到地并且有益地发现，按照步骤(a)能够增加涂布组合物的浓度，而没有因组合物的有价值的组分的浓集而受到大的损害。这提供了浓集的好处，而对组合物的性能没有任何过分的有害影响，例如，流变性、可操作性、和涂料的使用性能，如亮度和磨蚀性。
本发明可以实现对片材的更好的覆盖，使涂布能以较低廉的成本进行。另外，纤维较少发生因存在水而膨胀，这样能使用浓集组合物涂布的片材，在改进了印刷性能的同时，具有更平滑的、更高光泽的表面装饰。
本发明特别(但不是仅仅)适合浓集下述涂布组合物，即，组合物中所含有的颜料颗粒的粒度分布为陡峭形状者。粒度分布(psd)可以采用众所周知的沉降法进行测定，例如采用“SEDIGRAPH”机，psd是小于给定粒度(相当球形的直径)的粒子的重量百分率对粒度(相当球形的直径)的曲线图。陡峭psd可以用各种方法定义，例如，在GB2058734中，粒度范围系数d90-d10d50]]>小于3，特别是小于2，或者，换一种方式，其中，陡峭系数d50d20]]>小于2.2，特别是小于1.8；其中，d90、d10、d50和d20均是粒度值，在该粒度值所存在的颜料粒子的重量百分率分别为90％，10％，50％和20％以下。
这种分布可以采用已知方法通过进行一次或多次粒度分选得到。具有陡峭psd的颜料，在涂布组合物中的应用与日俱增，众所周知，其比不具有陡峭psd或宽psd者更难浓缩；本发明能使包含陡峭psd颜料的悬浮体，象包含宽psd颜料者一样，有效地浓集，而对经浓集步骤的悬浮体基本没有有害的影响。
本发明特别适用于废含水涂布组合物的回收和再利用。所回收的组分可以是正如前述的现有技术片材涂布组合物那样的组分。除了水之外，基本上所有不挥发组分均可以回收。
回收的涂布组合物可以在涂布操作中得到再利用，该组合物是在涂布操作中被施加的并且是从涂布操作中回收的。如果需要，可以将新鲜的涂布组合物与回收的涂布组合物共混，应用于涂布操作(步骤(b))之中。
本发明，与现有技术废涂料回收方法对比，有益地提供了一种在经济上有吸引力的方法，通过这种方法能够从片材废涂布组合物的稀释含水悬浮体回收基本上全部有用成分，通过这种方法回收的成分能够作为浓集的含水涂布组合物得到再利用，例如，如上所述，用于涂布片材。以含水淤浆或悬浮体形式的回收组合物能够再浓集成与原涂布组合物基本相同的固体含量，而在流变性或涂布片材性能方面没有大的恶化，如上所述，某些性能还出乎意料地可以得到改善。
此外，本发明有益地提供一种避免将含有溶解污染物或非常难以沉降的固体颗粒的污水排到污水管中的方法。
此外，本发明可以用于浓集各种颜料，包括各种化学组成的颜料，或各种psd形状的颜料，包括陡峭psd者。
在按照从涂布组合物的稀悬浮体回收涂布组合物的本发明的方法中，所述稀悬浮体可以含有不超过20％(重量)的固体材料，例如，不超过10％(重量)的固体材料。
在步骤(a)中达到的浓集程度，将取决于待浓集组合物的稀释程度和所需要的最终固体含量。通常，浓集后的悬浮体具有涂布组合物的用户所规定的适于涂布操作的流变性。浓集之后的悬浮体的固体含量(以干重为基准计)，一般为55％以上，例如60％以上，特别是60％～75％。
在待浓集的悬浮体是稀的回收悬浮体时，固体含量可以提高至少40％(重量)，例如，从20％(重量)以下提高到60％(重量)以上；例如，在这种情况下，固体含量的提高，按百分率差值计算，为45％～70％(重量)。
在待浓集悬浮体包含新鲜组合物时，悬浮体起初的固体含量可以为至少55％，例如，至少60％(重量)。在这种情况下，浓集步骤(a)可以将固体含量，按百分率差值计算，提高1％～20％，例如2％～10％(重量)。
在按照本发明的方法中的蒸发浓集步骤(a)可以在已知类型的没有过分狭窄的待处理物料必须通过的管路或通道的蒸发器中完成。这样，蒸发器可以是，例如，板式蒸发器，旋转蒸发器，或者强制输送或循环式蒸发器，其中采用泵强制输送或循环。
在蒸发器是强制输送型时，可以将蒸发器连接到热交换器上，这样待浓集含水悬浮体从施加热的热交换器或加热器输送到蒸发器中，在蒸发器中压力下降进行蒸发，而基本不进行加热。在这样布置时，通过诸如热水的热流体进行加热，热流体在输送水悬浮体的通道周围的夹套中。
在所述布置中，待处理的含水悬浮体可借助于，例如泵送，使悬浮体在热交换器和蒸发器之间通过在环路中进行循环。悬浮体可以从该环路中以一批或多批加入和排出，或者可以连续加入和排出。
待蒸发的含水悬浮体可以方便地顺序通过类型相同或不同的一连串蒸发器，这取决于所需要的浓集程度。
例如悬浮体可以顺序通过一连串的每一个均包含热交换器或加热器和蒸发器的回路或环路。
在本发明的方法中所使用的该蒸发器或每一台蒸发器可以包括这样的容器，在该容器的上部收集水蒸汽，并排出之，从该容器的下部排出浓集的含水悬浮体。可以将排出的水蒸汽通到冷凝器，例如采用诸如水为冷却液体冷却的冷凝器。通过将冷却液体再循环到加热悬浮体所使用的热交换器中，可以再利用冷却液体所排出的热。
优选，在按照本发明方法中的待浓集悬浮体，特别是在稀的悬浮体时，例如固体含量为20％以下时，进入蒸发器的温度范围为65℃～85℃，浓集的悬浮体离开蒸发器的温度为35℃～55℃。方便的是，采用废热将待浓集悬浮体加热到所需要的温度，废热可以从附近的纸涂布、或造纸、或废物处理装置回收，并可以任选一些废热得自冷凝水蒸汽。优选，在蒸发器中作用于悬浮体的压力被降低到-0.5巴～-0.95巴。这样做是为了将在所处理的含水悬浮体中含有的水的沸腾温度降低到38℃～85℃。这样极大地减少了浓集涂布组合物的热敏组分的热降解，也使应用自纸涂布或造纸装置的其他部分的废热成为可能，其形式一般总为温度不大于约85℃的热水或蒸汽。
在按照本发明的方法中，可取的是，将一种或多种防沫剂增量加到待通过蒸发浓集的稀的含水悬浮体中。这种试剂一般总占固体含量的1％(重量)以下，以避免在蒸发器中形成过多泡沫。
在按照本发明的方法中蒸发浓集之后形成的产物淤浆或悬浮体，可以在一台或多台泵的作用下，经过，例如淤浆输送管线，供应到按已知方法将其作为涂布组合物应用或再利用的装置中。产物淤浆或悬浮体在涂布过程中再应用之前，可以进行或者可以不进行进一步处理。例如可以将新的涂布颜料材料加入到假如是从前述操作中回收的悬浮体中，以便改善颜料含量的光学性能。
如上所述，包含涂布组合物，特别是从上述操作中回收的涂布组合物，的浓集产物的产物淤浆可以与新鲜的未使用过的未浓集过的涂布淤浆混合在一起；例如，将前者以占产物淤浆混合物的2％～30％(重量)的重量百分率混合。
按照本发明，第二方面提供了，用于涂布上述片材的、通过在减压下蒸发浓缩而浓集的含水涂布组合物。
按照本发明，第三方面提供了，采用含有部分按第二方面的涂布组合物的，或全部是这种涂布组合物的涂布组合物所涂布的片材。
已知采用蒸发浓集用于油漆的组合物的实例，例如WO92/07900，但是这些组合物基本上以有机溶剂为基础，而不是以水为基础，关于这种组合物的技术相当不同于应用在按照本发明的第一方面的方法中处理和应用的含水组合物涂布纤维素片材的技术。另外，已经公开，采用蒸发浓集来浓集从油漆悬浮体分离的液体混合物，例如EP488449所公开的。然而，迄今没有公开或提出，采用蒸发浓集含水涂布组合物以及以这种浓集方法得到的好处。
现借助于实例叙述本发明的实施方案，如下实例仅供参考。
实例1通过在水中悬浮如下成分制备涂布组合物。其是制备北欧轻质涂布纸所使用的组合物的典型配方。
成分重量份English涂布粘土 100苯乙烯-丁二烯胶乳粘合剂 11羧甲基纤维素0.3English涂布粘土是粒度分布如下的高岭粘土，即，其80％(重量)由相当球形直径为2μm以下的粒子组成。
苯乙烯-丁二烯胶乳粘合剂以含有50％(重量)的聚合物固体的含水乳液供应。以上所给的重量份代表聚合物固体的干重。
羧甲基纤维素作为粘度调节剂或增稠剂加入。
所制备的涂布组合物的数量，为含有3kg干固体，而最终固体含量为63.5％(重量)。
分出原总涂布组合物的大约一半，代表废涂布材料，并用水稀释至固体含量为5％(重量)，以模拟水洗后的废涂布组合物的悬浮体。然后，在旋转式蒸发器中，将稀释的悬浮体再浓集到63.0％(重量)以形成回收的涂布组合物。将旋转式蒸发器置于温度为70℃的水浴中，蒸发器中的压力下降到-0.84～-0.86，在这种条件下水在50℃～58℃下沸腾。原涂布组合物和回收的涂布组合物的粘度采用Brookfield粘度计用3号锭子(spindle)100rpm在低剪切速率下进行测定，并采用Ferranti-Shirley粘度计在1280s-1和12800s-1较高剪切速率下进行测定。结果列于下表1中。
表1
分别采用两种涂布组合物，以刮条涂布工艺，在已预涂布的基纸上进行涂布，涂布重量为约7g/m2～约11g/m2，这样制得了涂布纸样品。检验涂布纸样品的不透明度、亮度和光散射系数(S)，所测定的每种性能均对涂布重量标绘制图。采用内插法求出每种情况下的相应于涂布重量8g/m2的性能数值。
每种涂布纸样品的不透明度借助于装有10号滤光器(绿色滤光器，包括宽的波长谱)的DATACOLOR 2000亮度仪进行测定。测量放在黑腔上面的一叠10层纸片材所反射的入射光百分率(R∞)。在黑腔上面从所述叠的顶部用单个片材代替十层片材，再测定反射比百分数(R)。从下式计算不透明度百分数，不透明度百分数=100×R/R∞。
总计进行十次上述步骤，每次均使用在所述叠的顶部上的不同的纸片材，并求出不透明度百分数的平均值。
由三份原材料每一份所制得的纸的亮度，或对紫色光的反射比百分数借助于装有8号滤光器(457nm波长)的DATACOLOR2000亮度仪进行测定。
为了测定Kubelka-Munk散射系数(S)，先借助于装有8号滤光器的DATACOLOR2000亮度仪，测试多张未涂层基纸在黑背景上对波长457nm的光的反射比百分数，得到背景反射比Rb。然后，将每一张涂层纸置于(a)黑背景上(R0)，以及(b)一叠未涂层的纸张上(R1)。最后，单独测定该叠未涂层的纸张对波长为457nm的光的反射比(r)。
从这些测定值，以下式单独计算涂层的反射比RcRc=R1×Rb-R0×r(R1-R0)×rRb+Rb-r]]>以及从下式计算涂层的透射TcTc2=(R0Rc)(1-RcRb)Rb]]>从这两个数量，能够以下式计算出相同材料无穷厚度的涂层的反射比理论值R∞1-Tc2+Rc2Rc=1+R∞2R∞]]>现在可以从下式计算涂布重量为Xg/m2的涂层的Kubelka-Munk散射系数S，单位为m2/kg，SX=1coth-1b1-aRcbRc]]>式中a=12|1R∞+R∞|]]>和b=12|1R∞-R∞|]]>将散射系数S对涂布重量X作图，采用内插法求出每种情况下涂布重量8g/m2的S值。
结果示于下表2中。表2
这些结果说明，采用回收组合物得到的涂层的性能十分相似于用原来的组合物所达到的性能。当原来的组合物被回收组合物代替时，涂层亮度发生很微小的下降，但是光散射性能得到了改善。
实例2通过在水中悬浮如下成分制备涂布组合物。其是制备欧洲无木涂布纸所使用的组合物的典型配方。
成分 重量份大埋石粉 100丙烯酸系胶乳 10羧甲基纤维素 0.5光增辉剂 0.5大埋石粉的粒度分布为，其90％(重量)由相当球形直径为1μm以下的粒子组成。
丙烯酸系胶乳为由BASF公司制造的“ACRONAL S694”。这是一种适用于胶印纸的苯乙烯-丙烯酸正丁酯-丙烯腈的共聚物。
测定涂布组合物的最终固体含量，为66.8％(重量)将一部分原来的总涂布组合物用水稀释至固体含量为5％(重量)，来模拟废涂布组合物，然后，在蒸发器中再浓集到67.0％(重量)，得到回收的涂布组合物。原涂布组合物和回收涂布组合物的粘度采用Brookfield粘度计用5号锭子以20rpm在低剪切速率下进行测定，并采用Ferranti-Shirley粘度计在1280s-1和12800s-1较高剪切速率下进行测定。结果列于下表3中。
表3<
共混纸涂布组合物是通过将15重量份回收涂布组合物与85重量份原涂布组合物混合制得的，两者均以组合物中的固体干重为基础计。涂布纸的样品是使用原组合物和共混组合物两种制备的，其方法包括按照GB-A-2225261，使用“HELI-COATERTM”实验室纸涂布机，将组合物施加到重量为80g/m2的预涂布无木基纸上。在每个试验中，鼓的转速均给予600m/min纸速。刮板角为45°，但是使刮板偏离鼓所施加的力试验与试验之间不同，从而给出不同的涂布重量范围，其为约7～约13g/m2。涂布纸的样品使用红外灯和热空气的组合进行干燥，然后在23℃、相对湿度50％下调节一夜。再使样品在温度为65℃、压力为1000psi(6.89mpa)的实验室超级压光机的辊间经过10次，进行压光，然后，再以与前述相同方法进行调节。
测试压光涂布纸样品的不透明度、亮度和纸片材光泽度，每次测量的性能均对涂布重量标绘制图。采用内插法求出每种情况下相应于涂布重量8g/m2的性能数值。
按上述实例1所述方法得到不透明度和亮度值。纸片材光泽度按照TAPPI标准No T480 ts-65所规定的方法采用Hunterlab光泽度仪设定在与纸的法线成75°下进行测定。
结果示于下表4中。
表4
这些结果说明，采用共混涂布组合物所得涂层的不透明度和亮度实际上与采用原来组合物所获得者相同。认为采用共混组合物所得压光涂布片材与采用原来的组合物所得者的光泽度的明显差异在实验误差范围之内。
实例3通过在水中悬浮如下成分制备涂布组合物。其是制备北美轻质涂布纸所使用的组合物的典型配方。
成分 重量份层状瓷土 652号涂层粘土30煅烧粘土 5苯乙烯丁二烯胶乳粘合剂 8淀粉粘合剂 8层状瓷土是美国的Georgia公司出品的高岭粘土，其粒度分布为，80％(重量)粒子由相当球形直径小于2μm的粒子组成(“ASTRAPLATE100”)。
2号涂布粘土是美国的Georgia公司出品的高岭粘土，其粒度分布为，83％(重量)粒子由相当球形直径小于2μm的粒子组成(“KCS”)。
煅烧粘土是美国的Georgia公司出品的通过煅烧高岭粘土制备的偏高岭土，其粒度分布为90％(重量)粒子由相当球形直径小于2μm的粒子组成(“ALPHATEX”)。
淀粉粘合剂(“PG 280”)是取代度为0.05的玉米淀粉的羟乙基醚衍生物。
测定涂层组合物的最终固体含量，为62.3％(重量)。
将一部分原来的总涂布组合物用水稀释至固体含量为5％(重量)，来模拟废涂布组合物，然后，在蒸发器中再浓集到62.1％(重量)，得到回收的涂布组合物。原来的和回收的涂布组合物的粘度借助于Brookfield粘度计用4号锭子以20rpm在低剪切速率下进行测定，并借助于Fervanti-Shirley粘度计在1280s-1和12800s-1较高剪切速率下进行测定。结果列于下表5中。
表5
共混纸涂布组合物是通过将30重量份回收的涂布组合物和70重量份原来的涂布组合物混合制得的，两者均以组合物中的干燥固体重量为基础计。涂布纸的样品是，使用原来的和共混的混合物两者，采用“HELI-COATERTM”实验室纸涂布机，施加组合物到重量为45.4g/m2的基纸上制备的。在每个试验中，鼓的转速均给予600m/min纸速，刮板角为45°，但是使刮板偏离鼓所施加的力试验与试验之间不同，从而给出不同的涂布重量范围，为约6～约10g/m2。涂布纸的样品使用红外灯和热空气的组合进行干燥，然后在23℃，相对湿度50％下调节一夜。再使样品在温度65℃、压力1000psi(6.89mPa)的实验室超级压光机的辊间经过10次，进行压光，然后再以与前述相同的方法进行调节。
以上述实例1和2所述的方法测试压光的涂布纸样品的不透明度、亮度和纸片材光泽度，每次测量的性能均对涂布重量标绘制图。采用内插法求出每种情况下相应于涂布重量8g/m2的性能数值。
结果示于下表6中。
表6
这些结果说明采用共混涂布组合物得到的涂层的不透明度、亮度和光泽度实际上与采用原来的组合物所得者相同。
实例4通过在水中悬浮如下成分制备涂布组合物。其是制备转轮凹版印刷用涂布纸所使用的组合物的典型配方。
成分 重量份涂布粘土 50涂布滑50丙烯酸系胶乳粘合剂 5涂布粘土的粒度分布为，其52％(重量)由相当球形直径为2μm以下的粒子组成，涂布粘土是“platey”换言之，其粒子长宽比很高，例如，大于25∶1。
涂布滑石的粒度分布为，其45％(重量)由相当球形直径为2μm以下的粒子组成。
丙烯酸系胶乳是BASF制造的“ACRONAL 538V”(碱可膨胀的苯乙烯/丙烯酸系共聚物)。
测定涂布组合物的最终固体含量，为58.1％(重量)。
将一部分原来的总涂布组合物用水稀释至固体含量为5％(重量)，来模拟废涂布组合物，然后在蒸发器中再浓集到60.1％(重量)，制得回收涂布组成物。蒸发器被置于70℃水浴中，并在真空-0.84～-0.88巴下操作。在这种条件下水的沸腾温度为50℃～58℃。原来的和回收的涂布组合物的粘度借助于Brookfield粘度计用3号锭子以100rpm在低剪切速率下进行测定，并借助Ferranti-Shirley粘度计在1280s-1和12800s-1较高剪切速率下进行测定。为了能直接进行比较，在以低剪切速率测定粘度之前，两种悬浮体均稀释至一样的固体含量，55％(重量)。结果列于下表7中。表7
共混纸涂布组合物是通过将回收的涂布组合物与原来的涂布组合物按下述比例混合制得的，分别为90重量份原来的/10重量份回收的，85重量份原来的/15重量份回收的，75重量份原来的/25重量份回收的。
涂布纸的样品是使用原来的和共混的两种组合物制备的，其方法包括，按照GB-A-2225261，使用“HELI-COATER”实验室纸涂布机，将组合物施加到重量为36g/m2的已预涂布的无木基纸上。在每个试验中，鼓的转速均给予800m/min纸速，刮板角为45°，但是使刮板偏离鼓所施加的力试验与试验之间不同，从而给出不同的涂布重量范围，其为约5～约9g/m2。涂布纸的样品使用红外灯和热空气的组合进行干燥，然后在23℃、相对湿度50％下调节一夜。再使样品在温度为65℃、压力为1000psi(6.89mPa)的实验室超级压光机的辊间经过10次，进行压光，然后再以与前述相同的方法进行调节。
测试压光涂布纸样品的不透明度、亮度和纸片材光泽度、每次测量的性能均对涂布重量标绘制图。采用内插法求出每种情况下相应于涂布重量7g/m2的性能数值。
按上述实例1所述方法得到不透明度和亮度值。纸片材光泽度按照TAPPI标准No.480 ts-65所规定的方法采用HunterlabTM光泽度仪设定在与纸的法线成75°进行测定。
结果示于下表8中。
表8
对于四种不同的涂布组合物来说，在实验误差范围内，不透明度、亮度或片材光泽度仅有不易发现的差异。回收的涂布组合物即使高达25％(重量)也能包含在其中，而没有引起这些性能任何恶化。使另外的压光涂布纸的样品经转轮凹版印刷试验，分别测定印刷光泽度、印刷密度和空白点百分比，所采用的方法叙述在，A.Swan的论文“Realistic paper tests for various printing process”中，发表在“印刷工艺学”(Printing Technology)，第13卷，第1期，1969年4月，第9～22页，使用的凹版印刷滚筒具有深蚀小室区，给出实黑区(solid black area)，还具有较浅蚀小室，给出网目调区。网目调区用于测定试验印刷空白的凹版点的百分比。该百分比可以表示为“％空白点”。
实黑区用于以MacbethTm密度仪测定凹版印刷密度，和用于以HunterlabTM光泽度仪，设定在与纸的法线成75°、按照TAPPI标准No.T480 ts-65测定印刷光泽度。所得结果列于下表9中。表9
对于四种纸涂布组合物，所测定的三项性能的任何一项也没有易发现的差异，即使采用含有25％(重量)的回收的组合物的混合物也是如此。
实例5将如下固体组分以一定的重量份数混合，制备无木纸表面涂层组合物；颜料100重量份碳酸钙淤浆，固体含量为78％(重量)，粒度2μm以下的粒子占90％。
丙烯酸系胶乳粘结剂 12重量份丙烯酸系增稠剂 0.15重量份聚乙烯醇 0.5重量份光增辉剂 0.5重量份聚乙烯醇对丙烯酸胶乳粘结剂和光增辉剂起改进剂的作用。
制备一批固体含量为71％的该组合物，稀释其至固体含量为15％，用蒸发的方法将其浓集使固体含量又回到71％。另一批固体含量保持71％，而不稀释。将稀释的再浓集的那批样品与未稀释批的样品共混。未稀释批样品称作样品A。在每种情况下，稀释的再浓集批分别占共混物的10％、20％和30％(重量)的样品，分别称为样品B、C和D。采用HelicoaterTM机以其弯曲刮刀(可变刮刀角)的方式，将各种共混组合物，还有未稀释的样品A本身分别施加到无木基纸片材上。使用不同的涂布机刮刀角度，将每种所研究的共混物施加在不同基材上，涂布重量为9g-1、11g-1和13g-1。以普通方法通过涂布重量对刮刀角度标绘制图，每种组合物的含量以小幅度变化，对涂布机使用每种组合物的可操作性进行研究。这样可以从图确定首先发生刮痕的最低组合物浓度。所得结果列于下表10中。
表10
>
表10说明，当将稀释和再浓集的产物(样品B～D)加到新鲜组合物(样品A)中时，新鲜组合物(样品A)的可操作固体的量获得改善。通过观察发生后刮刀刮痕的最低含量可见这种改善。
权利要求
1．一种处理和使用含水涂布组合物的方法，该方法包括下述步骤(a)浓集该组合物以便增加其固体含量和(b)使用所浓集的组合物涂布片材，其中浓集步骤(a)采用在减压下进行热蒸发来完成。
2．权利要求1的方法，该方法包括从得自片材涂布操作的废涂布组合物的稀释含水悬浮体中回收和重复利用悬浮的和溶解的组分的方法，所回收的组分在所述步骤(a)中以稀悬浮体的形式进行处理。
3．权利要求2的方法，其中所回收的组分在涂布操作中得到再应用，所回收的组分是在涂布操作中被回收的。
4．权利要求2或权利要求3的方法，其中稀释的悬浮体含有的固体材料不大于15％(重量)。
5．权利要求1、2、3或4的方法，其中进行一步或多步蒸发，直至悬浮体的固体含量达到至少55％(重量)。
6．前述权利要求中任何一项的方法，其中在至少一步中的蒸发在抽空而不加热的蒸发器中进行，悬浮体在输送到该蒸发器之前通过热交换器或加热器进行加热。
7．权利要求6的方法，其中待浓集的悬浮体在装有热交换器或加热器和蒸发器的一个环路中或在一系列环路的每一个中循环。
8．权利要求7的方法，其中进入蒸发器的悬浮体的温度为65℃～85℃，离开蒸发器的温度为35℃～55℃。
9．在前述权利要求中任何一项的方法，其中在步骤(a)中浓集的组合物包含无机组分，该无机组分包括一种或多种含水高岭粘土、煅烧高岭粘土、碳酸钙、白云石、硫酸钙、二氧化钛、云母、缎光白和硫酸钡和含有任何一种或多种这些材料的复合颜料材料。
10．权利要求1的方法，其中涂布组合物没有预先应用于涂布。
11．权利要求10的方法，其中涂布组合物具有陡峭粒度分布。
12．一种应用于片材涂布操作中的含水组合物，其混合了在前述权利要求中任何一项的方法中浓集的材料。
13．一种用包含部分或全部如权利要求12所要求的涂布组合物的涂布组合物涂布的片材。
全文摘要
一种处理和使用含水涂布组合物的方法,该方法包括下述步骤:(a)浓集该组合物以便增加其固体含量和(b)使用所浓集的组合物涂布片材,例如纸,其中浓集步骤(a)采用在减压下进行热蒸发来完成。所浓集的组合物可以是回收的预先使用过的涂布组合物或者其可以是新鲜的涂布组合物。
文档编号B05D7/24GK1233304SQ97198818
公开日1999年10月27日 申请日期1997年8月4日 优先权日1996年8月14日
发明者H·O·E·托伊沃宁, C·R·L·戈尔利 申请人:Ecc国际有限公司